CH676515A5

CH676515A5 -

Info

Publication number: CH676515A5
Application number: CH3118/88A
Authority: CH
Inventors: Stuart Maxwell Watkinson
Original assignee: Stuart Maxwell Watkinson
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1991-01-31
Also published as: CN1012454B; AU1086588A; AU603859B2; WO1988004801A1; US5001415A; CN87101231A; PH25015A

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Steuerung der Übertragung der elektrischen Leistung einer fotovoltaischen Reihe zu einer Last, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a device for controlling the transmission of the electrical power of a photovoltaic series to a load, according to the preamble of patent claim 1.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich vorwiegend, aber nicht ausschliesslich, auf die Übertragung elektrischer Leistung von fotovoltaischen Zellen zu elektrischen Lasten oder Energiespeichern und hiernach wird zwecks beispielsweiser Erläuterungen der Erfindung auf solche Anwendungen Bezug genommen. Es ist allerdings festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Stromerzeugungsanwendungen, in denen ein vorhersehbares Verhältnis zwischen Leistungsausgang und messbaren Betriebscharakteristika gegeben ist, wie beispielsweise in thermoelektrischen Konvertern, Anwendung finden kann. The present invention relates primarily, but not exclusively, to the transmission of electrical power from photovoltaic cells to electrical loads or energy stores, and reference is hereafter made to such applications for the purpose of exemplifying the invention. However, it should be appreciated that the present invention can also be used in other power generation applications where there is a predictable relationship between power output and measurable operating characteristics, such as in thermoelectric converters.

Elektrische Leistungsquellen wie fotovoltaische Zelten weisen einen potentiellen Leistungsausgang auf, der in weiten Bereichen in Abhängigkeit der Lichtintensität, der sie ausgesetzt sind, variieren kann. Zudem weisen solche Zellen bei vorgegebener Intensität des Uchtes (Bestrahlung) eine charakteristische Leistungsabgabekurve auf, die die Beziehung zwischen der momentanen Leistungsabgabe der Zelle oder einer Reihe von Zellen und dem Widerstand der angeschlossenen elektrischen Last darstellt. Electrical power sources such as photovoltaic tents have a potential power output that can vary widely depending on the light intensity to which they are exposed. In addition, for a given intensity of the radiation (radiation), such cells have a characteristic power output curve which represents the relationship between the current power output of the cell or a series of cells and the resistance of the connected electrical load.

Einzelne fotovoltaische Zellen weisen eine relativ geringe Leistungsabgabe auf; sie werden daher üblicherweise in Reihen von Zellen, die elektrisch in Serie-, Parallel- oder Serie/Parallelschaltungen zusammengeschlossen sind, verwendet. Individual photovoltaic cells have a relatively low power output; they are therefore usually used in rows of cells that are electrically connected in series, parallel or series / parallel connections.

Im Rahmen der folgenden Beschreibung wird als eine Reihe von Zellen jede brauchbare Verbindung einer beliebigen Anzahl von Zellen verstanden. In the context of the following description, a series of cells is understood to mean any useful combination of any number of cells.

Bei unendlichem Widerstand der Last ist der Strom gleich Null, und die Leistungsabgabe, als Produkt aus Spannung und Strom, ist ebenfalls gleich Null. Die Spannung einer Zelle unter diesen Arbeitsbedingungen wird als Spannung bei offenem Kreis bezeichnet. Wenn der Lastwiderstand auf Null fällt, fliesst der Kurzschlüssstrom, und die Ausgangsspannung fällt auf Null. Dre Abgabeleistung muss konsequenterweise ebenfalls auf Null fallen. With infinite resistance of the load, the current is zero, and the power output, as a product of voltage and current, is also zero. The voltage of a cell under these working conditions is referred to as open circuit voltage. When the load resistance drops to zero, the short circuit current flows and the output voltage drops to zero. The output power must consequently also drop to zero.

Für Lastwiderstände zwischen Unendlich und Null stellt das Produkt von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom ein Mass für die Ausgangsleistung der fotovoltaischen Zelle dar. Spannung, Strom und Ausgangsleistung in Abhängigkeit des Lastwiderstandes einer fotovoltaischen Zelle können aufgezeichnet werden. Gharakteristischerweise ergibt steh eine sanfte Kurve mit einem Abgabemaximum bei einem bestimmten Lastwidersfand. Eine Schar solcher Kurven für unterschiedliche Bestrahlungsbedingungen kann dargestellt werden, wobei jede Kurve die Charakteristika einer Zelle bei unterschiedlichen Bestrahlungen widergibt. In jeder Kurve erscheint das Abgabeleistungsmaximum bei einem unterschiedlichen Lastwiderstand. For load resistances between infinity and zero, the product of output voltage and output current represents a measure of the output power of the photovoltaic cell. Voltage, current and output power depending on the load resistance of a photovoltaic cell can be recorded. Characteristically, there is a smooth curve with a maximum delivery at a certain load resistance. A family of such curves for different irradiation conditions can be represented, each curve reflecting the characteristics of a cell under different irradiations. The maximum output power appears in each curve with a different load resistance.

In den meisten Anwendungen, zum Beispiel bei der Erzeugung elektrischer Leistung aus Sonnenstrahlen, ändert die Bestrahlung fortlaufend, da die Sonne im Verlaufe eines Tages aufsteigt und niedergeht und infolge sich verändernder Bewölkung. Die höchste Leistungsausbeute aus einer fotovoltaischen Zelle oder einer Reihe fotovolta-ischer Zellen wird, über eine gewisse Zeitspanne und unter wechselnden Bestrahlungsbedingungen betrachtet, dann erzielt, wenn der angehängte Lastwiderstand kontinuierlich derart eingestellt wird, dass die Werte von Lastwiderstand, Spannung und Strom zur höchstmöglichen Abgabeleistung bei der jeweils vorhandenen Bestrahlung führen. In most applications, for example in the generation of electrical power from the sun's rays, the radiation changes continuously as the sun rises and falls over the course of a day and as a result of changing cloud cover. The highest power yield from a photovoltaic cell or a series of photovoltaic cells, viewed over a certain period of time and under changing irradiation conditions, is achieved if the attached load resistance is continuously adjusted in such a way that the values of load resistance, voltage and current for the highest possible output power lead to the existing radiation.

Ein weiteres Problem der fotovoltaischen Zellen liegt darin, dass sie ihre maximalen Abgabeleistungen bei Spannungen erreichen, die in keinem Verhältnis stehen zu der für gewisse Anwendungen wie Batterieladen oder Betreiben von Vorrichtungen, für die eine gegebene Spannung erforderlich äst. Dieses Problem kann allerdings durch die Verwendung eines Leistungsschaltkonverters überwunden werden. Dabei handelt es sich um eine elektronische Schaltung, die die verfügbare Eingangsleistung in unterschiedliche Spannungen und Ströme konvertiert. Übliche Leistungsschaltkonverter, wie sie mit fotovoltaischen Zellen vewendet werden, sind nicht in der Lage, jederzeit die Leistungsabgabe zu optimieren, da sie ihre Betriebsparameter nicht verändern können um sicherzustellen, dass die fotovoltaischen Zellen am Punkt ihrer maximalen Leistung arbeiten. Another problem with photovoltaic cells is that they reach their maximum output at voltages that are disproportionate to that for certain applications such as battery charging or operating devices that require a given voltage. However, this problem can be overcome by using a power switching converter. It is an electronic circuit that converts the available input power into different voltages and currents. Conventional power switching converters, such as those used with photovoltaic cells, are not able to optimize the power output at any time, since they cannot change their operating parameters to ensure that the photovoltaic cells work at the point of their maximum power.

Es sind Leistungskonverter bekannt, die unter Anwendung der klassischen Anpassungssteue-rungstheorie gesteuert werden. Konvertersteuerungen dieser Art stören fortwährend den Arbeitspunkt und messen das Ergebnis der Störung anhand eines ausgewählten Eingangs- oder Ausgangsparameters. Wenn eine Verbesserung erzielt wird, verändert die Steuerung den Arbeitspunkt solange, bis die Störungen des Messparameters in einer Richtung eine Verschlechterung des ausgewählten Parameters zur Folge haben. Solche Steuerungen sind sehr komplex in ihrer Konstruktion und Herstellung, und begrenzt in ihrer Wirkung über einen weiten dynamischen Bereich, und daher nicht geeignet, die Leistung typischer fotovolta-ischer Installationen zu steuern. Power converters are known which are controlled using the classic adaptation control theory. Converter controls of this type continuously disturb the operating point and measure the result of the disturbance on the basis of a selected input or output parameter. If an improvement is achieved, the control changes the operating point until the disturbances of the measurement parameter in one direction result in a deterioration of the selected parameter. Such controls are very complex in their design and manufacture, and are limited in their effectiveness over a wide dynamic range, and are therefore not suitable for controlling the performance of typical photovoltaic installations.

Ein weiteres Problem bei der Konstruktion von Leistungskonvertern liegt darin, dass die den Eingangsstrom schaltenden Halbleiterelemente Wärme abgeben, die von den Halbleitern weggeführt werden muss, um diesen annehmbare Arbeitstemperaturen zu schaffen. Viele Verfahren zur Montage von Schalthalbleitern werden verwendet. Allerdings benötigen die meisten dieser Verfahren viel handwerkliches Geschick und komplexe Montageverfahren. Another problem with the design of power converters is that the semiconductor elements that switch the input current emit heat that must be carried away from the semiconductors in order to create acceptable working temperatures. Many methods for mounting switching semiconductors are used. However, most of these processes require a lot of manual skill and complex assembly processes.

Aktive Schalthalbleiter werden in typischen Konverterschaltungen üblicheweise mit passiven Schalthalbleitern wie «Freilauf»-dioden, verbunden. Die Induktion der elektrischen Leitung zwischen Schalthalbleiter und assoziiertem passivem Schalthalbleiter muss aber minimiert werden, um eine sichere und wirkungsvolle Funktion des Konverters sicherzustellen. Die herkömmlichen Montage- Active switching semiconductors are typically connected to passive switching semiconductors such as “free-wheeling” diodes in typical converter circuits. However, the induction of the electrical cable between the switching semiconductor and the associated passive switching semiconductor must be minimized in order to ensure safe and effective functioning of the converter. The conventional assembly

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techniken führen aber oft zu höheren Induktivitätsniveaus als erwünscht. However, technologies often lead to higher inductance levels than desired.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung für die Steuerung der Übertragung der elektrischen Leistung einer fotovoltaischen Reihe zu einer Last zu schaffen, die sicher und wirkungsvoll arbeitet. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist. The present invention has for its object to overcome the aforementioned disadvantages and to provide a device for controlling the transmission of the electrical power of a photovoltaic array to a load, which works safely and effectively. According to the invention, this object is achieved by a device as defined in claim 1.

Weitere Zielsetzungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Further objectives and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

Unter Berücksichtigung des Vorerwähnten und anderer Vorgaben bezieht sich die vorliegende Erfindung einerseits generell auf Steuerungen für die Übertragung von Leistung, die die Abgabe elektrischer Leistung fotovoltaischer Reihen an eine Last steuern, wobei besagte Steuerungen eine Vorrichtung für die Feststellung der Arbeitscharakteristi-ka der besagten Reihe, einen Kornparator für den Anschluss an die besagte Reihe und die besagte Vorrichtung, und mit dem Komparator verbundene Regelmittel für die Regelung der von der besagten Reihe abgegebenen Leistung enthält. Taking into account the aforementioned and other requirements, the present invention relates on the one hand generally to control systems for the transmission of power which control the output of electrical power from photovoltaic series to a load, said control system providing a device for determining the operating characteristics of said series, a Kornparator for connection to said series and said device, and control means connected to the comparator for regulating the power output from said series.

Vorzugsweise regeln die Regelmitte! die von der fotovoltaischen Reihe übertragene Leistung über eine Steuerung eines Leistungsschaltkonverters, obwohl auch andere Steuermittel, wie die Steuerung des Widerstandes der mit der fotovoltaischen Reihe verbundenen Last, verwendet werden können, wenn dies angezeigt erscheint Preferably regulate the middle of the rule! the power transferred from the photovoltaic array via a control of a power switching converter, although other control means, such as controlling the resistance of the load connected to the photovoltaic array, can be used if indicated

Vorzugsweise ermittelt die Vorrichtung zur Feststellung der Arbeitscharakteristika eine Angabe bezüglich der Spannung der Reihe bei offenem Kreis, indem sie die Ausgangsspannung der fotovoltaischen Reihe während eines Unterbruches des Ausgangsstromes oder dessen Reduktion auf Null, beispielsweise durch kurzfristige Unterbindung der Funktion des Leistungsschaltkonverters, misst. Selbstverständlich können bei Bedarf auch andere Formen der Ermittlung der Spannung der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis, wie die Messung der Spannung bei offenem Kreis an einer unabhängigen fotovoltaischen Reihe, verwendet werden. The device for determining the operating characteristics preferably determines an indication of the voltage of the row in an open circuit by measuring the output voltage of the photovoltaic row during an interruption of the output current or its reduction to zero, for example by briefly preventing the function of the power switching converter. Of course, other forms of determining the voltage of the photovoltaic series in an open circuit, such as measuring the voltage in an open circuit on an independent photovoltaic series, can of course also be used.

Der Ausgangsstrom der fotovoltaischen Reihe kann für kurze Messungen in zufälligen Intervallen unterbrochen werden. Vorzugsweise wird der Ausgangsstrom der fotovoltaischen Reihe allerdings in regelmässigen Intervallen für regelmässige Messungen auf Null gesetzt und die Messungen werden relativ zu den Intervallen kurz gehalten, derart, dass Leistungsverluste am Ausgang durch die Unterbrechung der Abgabe minimalisiert werden. Empfehlenswert ist, wenn der Strom für Messungen von 50 Milisekunden in Intervallen von 10 Sekunden unterbrochen wird, wobei aber bei Bedarf auch jede andere Kombination von Messdauern und Intervallen verwendet werden kann. Vorzugsweise wird das Verhältnis zwischen Messdauern und Intervallen kleiner als 1% gehalten, wobei 0,5% eine empfehlenswerte Grösse ist. The output current of the photovoltaic series can be interrupted for short measurements at random intervals. However, the output current of the photovoltaic series is preferably set to zero at regular intervals for regular measurements, and the measurements are kept short relative to the intervals, in such a way that power losses at the output due to the interruption of the output are minimized. It is recommended that the power be interrupted for measurements of 50 milliseconds at intervals of 10 seconds, but any other combination of measuring times and intervals can also be used if necessary. The ratio between measuring times and intervals is preferably kept less than 1%, 0.5% being a recommended quantity.

Die Spannung der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis wird für den Komparator fortlaufend benötigt. Während den Messintervallen wird die Spannung bei offenem Kreis mittels einer beliebigen bekannten analogen oder digitalen Haltetechnik gehalten. Vorzugsweise wird die Spannung der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis allerdings als Ladung in einem Kondensator gespeichert, wobei der Kondensator während der Messdauer über eine Blockierdiode auf die Referenzspannung der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis aufgeladen wird. Die Blockierdiode minimiert den Ladungsverlust vom Kondensator zur fotovoltaischen Reihe während des Abfalls der Spannung an der fotovoltaischen Reihe, während Strom von ihm abfliesst. Vorteilhafterweise wird ein Widerstand parallel zum Kondensator angeordnet, so dass die im Kondensator gespeicherte Spannung graduell abfallen kann, was der im Kondensator gespeicherten Spannung die Zeit gibt, dem Abfall der Referenzspannung der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis zu folgen. The voltage of the photovoltaic series with an open circuit is continuously required for the comparator. During the measuring intervals, the voltage is held in an open circuit using any known analog or digital holding technique. However, the voltage of the photovoltaic series in an open circuit is preferably stored as a charge in a capacitor, the capacitor being charged to the reference voltage of the photovoltaic series in an open circuit during the measurement period via a blocking diode. The blocking diode minimizes the charge loss from the capacitor to the photovoltaic array during the voltage drop across the photovoltaic array as current flows away from it. A resistor is advantageously arranged in parallel with the capacitor, so that the voltage stored in the capacitor can gradually drop, which gives the voltage stored in the capacitor the time to follow the drop in the reference voltage of the photovoltaic series in an open circuit.

Der Komparator kann eine Angabe bezüglich der relativen Werte zwischen der Spannung bei offenem Kreis und der effektiven Ausgangsspannung der Reihe ermitteln und kann die Regelmittel steuern, um die Reihenausgangsspannung auf der gewünschten Höhe zu halten. The comparator can provide an indication of the relative values between the open circuit voltage and the effective output voltage of the series and can control the control means to maintain the series output voltage at the desired level.

Die Regelmittel können so arbeiten, dass sie die von der Reihe abgegebene Leistung derart steuern, dass die Ausgangsspannung der Reihe auf einem vorgegebenen Teilwert der ermittelten Spannung bei offenem Kreis gehalten wird. Vorteilhafterweise wird der vorgegebene Teilwert auf einer konstanten Höhe gehalten, der nach Bedarf im Bereich von 0,75 und 0,80 liegen kann. Ein derartiger Teilwert schafft Bedingungen, die eine Leitungsabgabe der fotovoltaischen Reihe ermöglichen, die bei jeder Bestrahlung nahe der maximalen Leistungsabgabe liegt. The regulating means can work in such a way that they control the power output by the series in such a way that the output voltage of the series is kept at a predetermined partial value of the determined voltage with an open circuit. The predetermined partial value is advantageously kept at a constant level, which can be in the range of 0.75 and 0.80 as required. Such a partial value creates conditions which enable a line output of the photovoltaic series which is close to the maximum power output for each irradiation.

Die Arbeitscharakteristika des Leistungsschaltkonverters können ebenfalls durch eine Feedback-Steuerung vom Eingang oder Ausgang des Leistungsschaltkonverters gesteuert werden, so dass der Ausgang des Leistungsschaltkonverters derart gesteuert wird, dass vorgegebene Spannungsoder Stromcharakteristika gehalten werden können, beispielsweise eine konstante Ausgangsspannung für das Erhalten einer Batterieladeerhaltungs-spannung, nachdem die Batterie voll geladen worden ist. The operating characteristics of the power switching converter can also be controlled by feedback control from the input or output of the power switching converter, so that the output of the power switching converter is controlled in such a way that predetermined voltage or current characteristics can be maintained, for example a constant output voltage for obtaining a battery charge maintenance voltage, after the battery is fully charged.

Um die vorliegende Erfindung besser verständlich und praktikabel zu machen, werden hiernach unter Bezugnahme auf die Zeichnung vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt: In order to make the present invention easier to understand and practical, advantageous embodiment variants of the invention are described below with reference to the drawing. The drawing shows:

Fig. 1 Kurven typischer Spannungs-Strom-Cha-rakteristika für eine fotovoltaische Reihe; Fig. 1 curves of typical voltage-current characteristics for a photovoltaic series;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Leistungskonverters; 2 is a block diagram of a power converter;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines alternativen Leistungskonverters, und 3 is a block diagram of an alternative power converter, and

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf eine elektrische Schaltvorrichtung. Fig. 4 is a perspective view of an electrical switching device.

Fig. 1 zeigt ein Bündel von Spannungs-Stromkur-ven 10, 11 und 12 für unterschiedliche Sonnenbestrahlungen und bei bestimmten Temperaturen. Die Spannungs-Stromkurven 10,11 und 12 schneiden die 1 shows a bundle of voltage-current curves 10, 11 and 12 for different solar irradiations and at certain temperatures. The voltage-current curves 10, 11 and 12 intersect

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Stromachse 13 bei Kurzschlussstromwerten 14, 15 und 16 und diese Werten stellen die erreichbaren Kurzschlussstromwerte einer fotovoltaischen Reihe unter vorgegebenen Bedingungen dar. Die Span-nungs-Stromkurven schneiden auch die Spannungsachse 17, wobei die Schnittpunkte die Spannungen 18, 19 und 20 bei offenem Kreis darstellen, die den unter vorgegebenen Bedingungen erreichbaren Spannungen der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis entsprechen. Current axis 13 for short-circuit current values 14, 15 and 16 and these values represent the achievable short-circuit current values of a photovoltaic series under specified conditions. The voltage-current curves also intersect the voltage axis 17, the intersection points representing the voltages 18, 19 and 20 in the case of an open circuit which correspond to the voltages of the photovoltaic series with open circuit that can be achieved under specified conditions.

Die Punkte 21,22 und 23 maximaler Leistung sind die Punkte auf den Kurven 10,11 und 12, an welchen das Produkt aus Spannung und Strom maximal ist. Die Anordnung der Punkte maximaler Leistung 24 ist eine Kurve, die durch sämtliche Punkte maximaler Leistung fürr alle Spannungs-Stromkurven geht. Um die maximal mögliche Leistungsausbeute aus einer fotovoltaischen Reihe in einem vorgegebenen Bereich von Bedingungen zu erreichen, ist es notwendig, die an die fotovoltaische Reihe angehängte Last so zu verändern, dass die Strom-Spannungsbedingungen der fotovoltaischen Reihe auf den Punkten maximaler Leistung 24 verbleiben. Die Projektion der Punkte 21, 22 und 23 für maximale Leistung auf die Spannungsachse 17 ergibt die Spannungen 25, 26 und 27 für die Punkte maximaler Leistung. Für die fotovoltaische Reihe, auf welche sich Flg. 1 bezieht, ergibt die Division der Spannungswerte 25, 26 und 27 für maximale Leistung durch die Spannungen bei offenem Kreis den konstanten Wert von 0,77. Points 21, 22 and 23 of maximum power are the points on curves 10, 11 and 12 at which the product of voltage and current is at a maximum. The arrangement of the points of maximum power 24 is a curve that passes through all points of maximum power for all voltage-current curves. In order to achieve the maximum possible power yield from a photovoltaic series in a predetermined range of conditions, it is necessary to change the load attached to the photovoltaic series in such a way that the current-voltage conditions of the photovoltaic series remain at the points of maximum power 24. The projection of points 21, 22 and 23 for maximum power on the voltage axis 17 gives the voltages 25, 26 and 27 for the points of maximum power. For the photovoltaic series on which Flg. 1, dividing the voltage values 25, 26 and 27 for maximum power by the open circuit voltages gives the constant value of 0.77.

Der Leistungskonverter 40 nach Fig. 2 bezieht seine Leistung von einer fotovoltaischen Reihe 41 bestehend aus fotovoltaischen Zeilen 42. Der positive Ausgang 43 und der negative Ausgang 44 der fotovoltaischen Reihe 41 sind mit dem Leistungsschaltkonverter 45 verbunden und dieser seinerseits ist mit der Last 46 verbunden. The power converter 40 according to FIG. 2 draws its power from a photovoltaic row 41 consisting of photovoltaic rows 42. The positive output 43 and the negative output 44 of the photovoltaic row 41 are connected to the power switching converter 45, which in turn is connected to the load 46.

Ein Oszillator 47 ist mit einer Ausschaltsteuerung des Leistungsschaltkonverters 45 verbunden und unterbricht die Funktion des Leistungsschaltkonverters alle zehn Sekunden für fünfzig Millisekunden. Eine Diode 51 ist über ihre Anode mit dem positiven Anschluss 43 der fotovoltaischen Reihe verbunden. Ihre Kathode ist mit einem Kondensator 52 verbunden. Der andere Anschluss des Kondensators 52 ist mît dem negativen Anschluss 44 der fotovoltaischen Reihe 41 verbunden. An oscillator 47 is connected to a switch-off control of the power switching converter 45 and interrupts the function of the power switching converter every ten seconds for fifty milliseconds. A diode 51 is connected via its anode to the positive terminal 43 of the photovoltaic series. Its cathode is connected to a capacitor 52. The other connection of the capacitor 52 is connected to the negative connection 44 of the photovoltaic row 41.

Ein oberer Widerstand 53 und ein unterer Widerstand 54 bilden einen Spannungsteiler aus Widerständen über dem Kondensator 52, und die Verbindung der Widerstände 53 und 54 ist mit dem Eingang eines Komparators 57 verbunden. Der andere Eingang des Komparators 57 ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt eines Spannungsteilers aus Widerständen, der einen Widerstand 55 auf der Positivseite und einen Widerstand 56 auf der Negativseite enthält, verbunden. An upper resistor 53 and a lower resistor 54 form a voltage divider of resistors across the capacitor 52, and the connection of the resistors 53 and 54 is connected to the input of a comparator 57. The other input of the comparator 57 is connected to the common connection point of a voltage divider made of resistors, which contains a resistor 55 on the positive side and a resistor 56 on the negative side.

Die relativen Werte der Widerstände 53 und 54 sowie 55 und 56 sind so gewählt, dass die an die Eingänge des Komparators 57 angelegten Spannungen gleich sind, wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen 43 und 44 der fotovoltaischen Reihe 41 siebenundsiebzig Prozent der Spannung über dem Kondensator 52 beträgt. Der Ausgang des Komparators 57 ist mit einem Regler 58 verbunden, der den Leistungsschaltkonverter 45 steuert, The relative values of resistors 53 and 54 as well as 55 and 56 are chosen such that the voltages applied to the inputs of comparator 57 are the same when the voltage between terminals 43 and 44 of photovoltaic series 41 is seventy-seven percent of the voltage across capacitor 52 is. The output of the comparator 57 is connected to a controller 58, which controls the power switching converter 45,

Im Betrieb produziert die fotovoltaische Reihe 41 elektrische Leistung, die dem Leistungsschälter 45 zugeleitet wird, der die verfügbare Leistung in eine der angehängten Last 46 angepasste Spannung und Strom konvertiert. In operation, the photovoltaic array 41 produces electrical power that is supplied to the power switch 45, which converts the available power into a voltage and current adapted to the attached load 46.

Alle zehn Sekunden unterbricht der Oszillator 47 die Funktion des Leistungsschalters 45 während fünfzig Millisekunden. Every ten seconds, the oscillator 47 interrupts the function of the circuit breaker 45 for fifty milliseconds.

während dieser Dauer fällt der von der fotovoltaischen Reihe 41 bezogene Strom auf Null ab und die Spannung über den Anschlüssen 43 und 44 der fotovoltaischen Reihe 41 erreicht die Spannung der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis. Strom fliesst durch die Diode 51, um den Kondensator 52 ungefähr auf die Spannung der fotovoltaischen Reihe 41 bei offenem Kreis aufeuladen. During this period, the current drawn by the photovoltaic row 41 drops to zero and the voltage across the terminals 43 and 44 of the photovoltaic row 41 reaches the voltage of the photovoltaic row with an open circuit. Current flows through the diode 51 to charge the capacitor 52 approximately to the voltage of the photovoltaic array 41 in an open circuit.

Wenn der Oszillator 47 die Unterbrechung der Funktion des Leistungsschalters beendet, fällt die Spannung über den Anschlüssen 43 und 44 auf den Wert unter Belastung zurück und die Diode 51 minimalisiert den Stromfluss vom Kondensator 52 weg. Die relativen Werte der Spannung über den Anschlüssen 43 und 44 und der Spannung über dem Kondensator 52 werden durch den Komparator 57 dauernd miteinander verglichen und der Ausgang des Komparators 57 signalisiert dem Regler 58, ob der Leistungsfluss von der fotovoltaischen Reihe 41 in Abhängigkeit der Tatsache, ob die Arbeitsspannung der fotovoltaischen Reihe 41 höher oder tiefer als siebenundsiebzig Prozent der Spannung der fotovoltaischen Reihe 41 bei offenem Kreis, wie durch die Spannung über dem Kondensator 52 festgelegt, beträgt, erhöht oder vermindert werden muss. When the oscillator 47 ends the interruption of the circuit breaker function, the voltage across the terminals 43 and 44 drops back to the value under load and the diode 51 minimizes the current flow from the capacitor 52. The relative values of the voltage across the terminals 43 and 44 and the voltage across the capacitor 52 are continuously compared with one another by the comparator 57 and the output of the comparator 57 signals to the controller 58 whether the power flow from the photovoltaic series 41 depends on the fact whether the working voltage of photovoltaic array 41 is higher or lower than seventy-seven percent of the open circuit photovoltaic array 41 voltage as determined by the voltage across capacitor 52 must be increased or decreased.

Der Komparator 57 vergleicht diese Spannungen und steuert den Regler 58 derart, dass die Spannung über den Ausgängen 43 und 44 auf siebenundsiebzig Prozent der Spannung über dem Kondensator 52 gehalten wird. Comparator 57 compares these voltages and controls regulator 58 such that the voltage across outputs 43 and 44 is maintained at seventy-seven percent of the voltage across capacitor 52.

Die Ladung im Kondensator 52 fliesst langsam über die Widerstände 53 und 54 weg, so dass der Spannung über dem Kondensator 52 ermöglicht wird, graduell abzunehmen, derart, dass sie einem Abfall der Spannung über der fotovoltaischen Reihe bei offenem Kreis folgen kann. The charge in capacitor 52 slowly flows away through resistors 53 and 54, allowing the voltage across capacitor 52 to gradually decrease such that it can follow a voltage drop across the open circuit photovoltaic array.

Wie in Fig. 3 dargestellt, bezieht der Leistungskonverter 60 seine Leistung von einer fotovoltaischen Reihe 61, die aus fotovoltaischen Zellen 62 besteht. Eine unabhängige Referenzreihe 63 aus fotovoltaischen Zellen 62 ist nahe der Leistungsreihe 61 angeordnet, derart, dass sie Bestrahlungs-und Temperaturbedingungen ausgesetzt ist, die jenen der Leistungsreihe 61 vergleichbar sind. As shown in FIG. 3, the power converter 60 draws its power from a photovoltaic row 61 consisting of photovoltaic cells 62. An independent reference series 63 of photovoltaic cells 62 is arranged near the power series 61 in such a way that it is exposed to radiation and temperature conditions which are comparable to those of the power series 61.

Die Spannung der Referenzreihe 63 bei offenem Kreis wird unter diesen Bedingungen direkt proportional zu der Spannung der Leistungsreihe 61 bei offenem Kreis gehalten. Der positive Anschluss 64 und der negative Anschluss 65 der Leistungsreihe 61 sind mit dem Leistungsschaltkonverter 66 verbunden, welcher letztere seinerseits mit der Last 67 verbunden ist. The voltage of the reference series 63 with an open circuit is kept directly proportional to the voltage of the power series 61 with an open circuit under these conditions. The positive connection 64 and the negative connection 65 of the power series 61 are connected to the power switching converter 66, the latter in turn being connected to the load 67.

Ein Komparator 68 ist mit einem seiner Eingänge mit dem Mittelpunkt eines aus Widerständen beste5 A comparator 68 has one of its inputs centered on one of resistors5

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henden Spannungsteiler, umfassend einen Widerstand 69 auf der Piusseite und einen Widerstand 70 auf der Minusseite, verbunden. Der negative Anschluss der Referenzreihe 63 ist mit dem negativen Anschluss 65 der Leistungsreihe 61 verbunden, wogegen der positive Anschluss der Referenzreihe 63 mit einem aus Widerständen bestehenden Spannungsteiler, bestehend aus einem oberen Widerstand 71 und einem unteren Widerstand 72, verbunden ist. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 71 und 72 ist mit dem zweiten Eingang des Komparators 68 verbunden. connected voltage divider, comprising a resistor 69 on the plus side and a resistor 70 on the minus side. The negative connection of the reference series 63 is connected to the negative connection 65 of the power series 61, whereas the positive connection of the reference series 63 is connected to a voltage divider consisting of resistors, consisting of an upper resistor 71 and a lower resistor 72. The connection point of the two resistors 71 and 72 is connected to the second input of the comparator 68.

Die relativen Werte der Widerstände 69 und 70 sowie 71 und 72 sind so gewählt, dass die Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen des Komparators 68 gleich Null ist, wenn die Spannung über der Leistungsreihe 61 siebenundsiebzig Prozent der Spannung über der Referenzreihe 63 entspricht, wenn das Verhältnis der jeweiligen Spannungen der Reihen 61 und 63 bei offenen Kreisen berücksichtigt wird. Der Ausgang des Komparators 68 steuert einen Regler 73, der seinerseits die Funktion des Leistungsschaltkonverters 66 steuert. The relative values of resistors 69 and 70 as well as 71 and 72 are chosen such that the voltage difference between the inputs of comparator 68 is zero when the voltage across the power series 61 corresponds to seventy-seven percent of the voltage across the reference series 63 when the ratio of respective voltages of the rows 61 and 63 in open circles is taken into account. The output of the comparator 68 controls a controller 73, which in turn controls the function of the power switching converter 66.

Im Betrieb produziert die Leistungsreihe 61 elektrische Leistung, die dem Leistungsschaltkonverter 66 eingespiesen wird, der die verfügbare Leistung in eine der angehängten Last 67 angepasste Spannung und Strom konvertiert. In operation, the power series 61 produces electrical power that is fed to the power switching converter 66, which converts the available power into a voltage and current adapted to the attached load 67.

Die relativen Werte der Spannung zwischen den Anschlüssen 64 und 65 und der Spannung über der Referenzreihe 63 werden durch den Komparator 68 dauernd miteinander verglichen und der Ausgang des Komparators 68 signalisiert dem Regler 73, den Leistungsfluss von der Leistungsreihe 61 zu erhöhen oder zu vermindern, abhängig davon, ob die Arbeitsspannung der Leistungsreihe 61 kleiner oder grösser als siebenundsiebzig Prozent der Spannung über der Leistungsreihe 61 bei offenem Kreis beträgt, wie sie durch die Spannung der Referenzreihe 63 bei offenem Kreis ermittelt wird. The relative values of the voltage between the connections 64 and 65 and the voltage across the reference series 63 are continuously compared with one another by the comparator 68, and the output of the comparator 68 signals the controller 73 to increase or decrease the power flow from the power series 61 depending on of whether the working voltage of the power series 61 is less than or greater than seventy-seven percent of the voltage across the power series 61 with an open circuit, as determined by the voltage of the reference series 63 with an open circuit.

Der elektrische Schalter 80 gemäss Fig. 4 beinhaltet einen ersten Halbleiterschalter 81 und einen zweiten Halbieiterschalter 82. Der erste Halbleiterschalter 81 ist auf der Innenseite 83 eines Kühlkörpers 84 montiert und der zweite Halbleiterschalter 82 ist auf der Aussenseite 85 des Kühlkörpers 84 gegenüber dem Halbleiterschalter 81 montiert. 4 includes a first semiconductor switch 81 and a second semiconductor switch 82. The first semiconductor switch 81 is mounted on the inside 83 of a heat sink 84 and the second semiconductor switch 82 is mounted on the outside 85 of the heat sink 84 opposite the semiconductor switch 81 .

Die Halbleiterschalter 81 und 82 sind elektrisch vom Kühlkörper 84 durch dünne Folien von Mica-Isoiatoren 86 isoliert und werden durch einen durch eine Öffnung 88 im Kühlkörper 84 hindurchtretenden Bolzen 87 auf den Kühlkörper 84 gepresst. The semiconductor switches 81 and 82 are electrically isolated from the heat sink 84 by thin films of mica isolators 86 and are pressed onto the heat sink 84 by a bolt 87 passing through an opening 88 in the heat sink 84.

Die Anschlussleitungen 89 der Grundplatten der Halbleiterschalter 81 und 82 treten durch Leitungsöffnungen in einer gedruckten Schaltung 90 und sind mit den Leiterbahnen auf der Unterseite der gedruckten Schaltung 90 verlötet. In den aus dem Kühlkörper und der gedruckten Schaltung ' geformten Hohlraum ist Vergiessmasse 91 eingefüllt. The connecting lines 89 of the base plates of the semiconductor switches 81 and 82 pass through line openings in a printed circuit 90 and are soldered to the conductor tracks on the underside of the printed circuit 90. Potting compound 91 is filled into the cavity formed from the heat sink and the printed circuit.

Es versteht sich von selbst, dass obwohl Vorstehendes im Sinne einer praktischen Ausführungsvariante der Erfindung erläutert wurde, alle dem Fachmann naheliegend erscheinenden und anderen Modifikationen und Varianten dazu als unter den Schutzumfang der Definition der vorliegenden Erfindung gemäss den folgenden Ansprüchen fallend betrachtet wird. It goes without saying that although the above has been explained in terms of a practical embodiment of the invention, all modifications and variants which appear obvious to the person skilled in the art and other variants thereof are considered to be within the scope of the definition of the present invention according to the following claims.

Claims

1. A device for controlling the transmission of the electrical power of a photovoltaic array to a load, characterized in that it comprises the following elements: a device for determining a working characteristic of said photovoltaic array; a comparator connectable to the photovoltaic array and said determining device, and control means connected to said comparator for regulating power transmission from said photovoltaic array.

2. Device according to claim 1, characterized in that said determining device produces an indication of the voltage of the photovoltaic row in an open circuit and said control means regulate the power transmission from said photovoltaic row in such a way that the output voltage of said photovoltaic row on a preselected one Partial value of the specified voltage is kept with an open circle.

3. Device according to claim 2, characterized in that said partial value is kept constant.

4. The device according to claim 3, characterized in that said partial value is in the range from 0.75 to 0.80.

5. Device according to one of claims 1 to

4, characterized in that said determining device includes a photovoltaic cell independent of said photovoltaic array.

6. Device according to one of claims 1 to

5, characterized in that said determining device is a capacitor which is arranged so that it is charged by the photovoltaic series and that interrupting means are provided for interrupting the current flow from the photovoltaic series.

7. The device according to claim 6, characterized in that said interrupting means interrupts said current flow for short measuring periods which are short in relation to the intervals between subsequent measuring periods.

8. The device according to claim 7, characterized in that said measurement duration is less than one percent of said interval.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the comparator provides information relating to the relationship between the relative values of said open circuit voltage and the output voltage of the photovoltaic series, and controls the control means such that said output voltage photovoltaic series is kept at the desired partial value.

10. The device according to claim 6, characterized in that said capacitor is connected via a diode to said photovoltaic array.

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CH676 515A5

11, Device according to claim 10, characterized in that a resistor is connected in parallel to the capacitor.

12. The device according to claim 2, characterized in that said working characteristics of said control means are also controlled by the feedback of input or output parameters of said power converter.

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